Tecnologías disponibles para la realización del riego mecanizado en Cuba (Parte II)

Riego con máquinas de pivote central y su uso

El riego con pivote central es una opción popular para muchos productores debido a su capacidad de regar grandes áreas, la facilidad de uso y grado de automatización (King & Bjorneberg, 2007).

En Cuba se ha incrementado el uso de las máquinas de pivote central en los cultivos más exigentes a un adecuado suministro de agua, por ejemplo en el cultivo de la papa, el 80 % de las áreas (alrededor de 12 000 ha) cultivadas en la campaña 2003-2004 fueron regadas con estos sistemas. En los últimos años se han ido reemplazando los pivotes de accionamiento hidráulico por eléctricos en un proyecto nacional por electrificar los sistemas de riego e incrementar el ahorro de combustible y mejorar la eficiencia de aplicación del agua ( Rodés y Alemán, 2005).

Los pivotes eléctricos son más usados porque permiten la fácil regulación de la velocidad en el sentido de avance o retroceso y de desplazar la máquina en seco sin necesidad de regar Tarjuelo (2005).

Máquinas de pivote central. Ventajas y desventajas.

Uribe et al (2001) plantean que el alto grado de automatización, generado por el avance tecnológico de los pivotes centrales en el último tiempo, ha permitido desarrollar sistemas que controlen el funcionamiento total del equipo en forma completa desde un panel central de control o a través de acceso a distancia.

Keller and Bliesner (1990) y Uribe et al (2001) citan que las principales ventajas del equipo, vienen dadas del sistema de riego por aspersión, que se complementan, con las características propias del sistema con pivote central.

Ventajas:

• Debido a que la dosis de riego es únicamente función de la velocidad de desplazamiento de la máquina, puede adaptarse tanto a dosis grandes como pequeñas.

• El poder modificar la pluviometría permite al sistema adaptarse a distintos tipos de suelos.

• Después de completar un riego el sistema queda en posición para comenzar el próximo riego.

• El sistema permite realizar riegos de alta uniformidad.

• No necesita nivelaciones, adaptándose a topografías onduladas. Esto permite conservar la fertilidad natural del suelo.

• Se simplifica la entrega de agua al usar el pivote como un punto estacionario

• Evita la construcción de acequias y canales, aumentando la superficie útil.

• Puede conseguir altos grados de automatización, con el consiguiente ahorro de mano de obra.

• El funcionamiento y la alineación son controlados desde un punto fijo en el pivote

• Posee un bajo costo por hectárea.

• Bajos costos de operación.

• El sistema trabaja a bajas presiones permitiendo menores requerimientos de energía.

• Permite una rotación de cultivos, con la condición de que el dimensionamiento se realice para el cultivo más exigente.

• Permite la aplicación de químicos junto con el agua de riego.

Uribe et al (2001) y otros autores como Allen et al, (2000) destacan las siguientes desventajas presentadas por los sistemas de riego con pivote central:

Desventajas:

• Alta inversión inicial.

• Requiere de un servicio técnico especializado.

• Se necesitan adaptar la infraestructura para su funcionamiento (mover cercos, realizar nuevos trazados de líneas eléctricas, eliminar árboles, modificar caminos, etc).

• Dejan un 20 % del área fuera del círculo sin riego, a menos que se utilicen equipos para regar las esquinas que resultan muy costosos y complejos.

• Para un buen manejo del riego y la presencia de varios cultivos bajo el pivote, el sistema obliga a cultivar en sectores circulares.

• La uniformidad de riego se ve afectada por la influencia de fuertes vientos.

• Requiere de sistemas de decantación y filtraje cuando se presentan problemas con la calidad del agua.

• La presión de operación del lateral se puede modificar significativamente con la pendiente del terreno, lo cual da lugar a variaciones en la descarga a menos que se usen reguladores de presión.

En general los sistemas de pivote central no se recomiendan para superficies inferiores a 30 ha o de formas muy irregulares, pero la decisión final del sistema debe realizarse después de analizar económicamente los beneficios y costos del proyecto.

Diseño de las máquinas de pivote central.

Es necesario tener en cuenta un grupo de elementos de análisis en el diseño óptimo de una máquina de riego de pivote central, como: la energía, la dosis de riego, la uniformidad de aplicación, la intensidad de aplicación instantánea y la eficiencia de aplicación (Bralts et al., 1994).

En Cuba se diseñan las máquinas según proyectos, realizados por la entidad capacitada, a solicitud de los regadores. Los antiguos modelos hidráulicos según Pérez (2003) se realizaban a partir de proyectos típicos que estaban anexos con la documentación de las máquinas Fregat.

Tarjuelo (2005), plantea el diseño calculando el caudal inicial por la siguiente expresión:

Donde:

ETc es la evapotranspiración del cultivo mm/día.

A el área del sistema en ha.

Ea es la eficiencia de aplicación.

Tr el tiempo de riego diario en horas.

Las máquinas deben ser diseñadas adecuándolas a cada sitio, y la información colectada debe incluir caracterización de suelos (física y química), infiltración, disponibilidad de agua (cantidad y calidad), microclima, requerimientos de agua del cultivo u otra (Uribe et al., 2001). Por su parte Keller y Bliesner (1990) proponen aumentar las necesidades netas del periodo punta para tener en cuenta la alta frecuencia de riego, las pérdidas por evaporación y arrastre por efecto del viento, y para un intervalo de 4 días, propone el coeficiente kf= 1.03.

Núñez (1995), realizó un estudio donde fundamenta el diseño de las máquinas en las propiedades hidrofísicas del suelo y determina la velocidad mínima para que no haya encharcamiento, a partir de ecuaciones de infiltración de los suelos.

Uno de los elementos que deciden en la obtención de una uniformidad del riego elevada, es la colocación adecuada de los emisores o boquillas. Para ello, González y Navarro (1997) diseñaron un software llamado Pivote que brinda la distribución de boquillas.

Según Pérez (2003), la formulación de Tarjuelo (1999, 2005), para el cálculo del gasto a la entrada, es una aproximación más precisa en los elementos agronómicos y de explotación relacionados con los pivotes, pero no tiene en cuenta la velocidad de infiltración.

Un elemento importante en el diseño es el hidromódulo que define Aidarov et al., (1985), como el gasto específico, relativo a una hectárea promedio de la rotación de cultivos, se expresa en L.s.ha-1, considera que es el índice técnico-económico más importante del sistema de riego. Por su parte Uribe et al (2001), recomiendan que debe ser determinada en base al cultivo, clima, suelo y varía desde 0.6 a 1.6 L.s.ha-1 y el promedio 1 L.s.ha-1, más adelante el mismo autor plantea que los aspersores finales cubren grandes diámetros, aun en sistemas de alta velocidad de rotación, para no exceder las tazas de infiltración del suelo.

González et al. (2003), recomendó diseños con el programa Pivote, partiendo del criterio de un hidromódulo fijo de 1,2 L.s.ha-1, si bien no estaba mal considerar este valor fijo para los pivotes en Cuba, si es importante el análisis haciendo el cálculo partiendo de la determinación del gasto del sistema por Tarjuelo (2005), para determinar el hidromódulo por la expresión:

Aidarov et al., (1985), plantea el cálculo del gasto del sistema considerando la rotación de cultivo, por tanto el área, como área en rotación, en la fórmula multiplicada por el coeficiente de rotación, se determina por:

Según Aidarov et al., (1985), el gasto del sistema se calcularía en áreas con rotación de cultivo como:

Donde:

Mb es norma bruta, o dosis bruta (m3/ha).

Arot es el área de rotación o total del área de la unidad.

T intervalo de riego en días.

t el tiempo de riego diario en horas.

Operación de las máquinas de pivote central

Todo movimiento es controlado por el armario o pizarra en su panel de control, ubicado en el pivote, este panel puede ser de 3 diferentes grados de automatización, desde control satelital hasta control manual para las operaciones fundamentales. En la pizarra se controlan:

• La velocidad de desplazamiento y el sentido de avance.

• El arranque y realineación mediante un interruptor manual que elimina momentáneamente el sistema de seguridad y sirve para realinear la máquina.

• La parada en una posición y el conmutador sectorial que permiten regar un sector circular.

• El funcionamiento coordinado de bomba y pivote de forma automática, o el arranque desde la estación de bombeo.

De todos los automatismos que controla el panel, es muy importante el mecanismo de alineación, que produce el arranque o parada de cada torre, según el dispositivo. El mecanismo mantiene el lateral alineado, y lo consigue acelerando o reduciendo el movimiento de las torres. Existe además un mecanismo de seguridad que detiene completamente el funcionamiento de la máquina cuando se desalinea en demasía, para evitar los daños (Cartas Tecnologicas de las Máquinas de Riego, 2005).

Según Allen, et al., (2000) las máquinas de pivote central eléctricas alcanzan una velocidad instantánea de recorrido similar en todas las torres. Se activan una fracción de tiempo hasta que la siguiente entra en movimiento, por ello el tiempo de funcionamiento de las torres intermedias dependen de la distancia recorrida por la última torre.

Uniformidad de aplicación

En Cuba el estudio de la uniformidad de aplicación obtenido por Alemán (1996), ha sufrido variaciones con la introducción de nuevas máquinas y más modernos emisores, adaptados a las cambiantes condiciones de los vientos y el clima, de ahí la importancia de seguir estudiando la uniformidad de aplicación para la obtención de datos aún más exactos acerca de la dosis real a aplicar.

Según Montero et al. (1997), el primer factor que influye en la uniformidad de los pivotes es el correcto diseño y el adecuado mantenimiento de los emisores, sin encontrar diferencias significativas respecto al tamaño del equipo, la velocidad del viento, la presión de funcionamiento de los emisores o la utilización de difusores o de aspersores de impacto.

Es de destacar que Heineman y Frizzone (1995) y Tarjuelo (1999), coinciden en la importancia de lograr elevados coeficientes de uniformidad, pues se produce el mismo efecto en la producción. Plantean uniformidades entre 82 y 88 % para cultivos extensivos, y profundidad radical media, para frutales y forrajes entre 70 y 80 %.

Para evaluar la uniformidad de los sistemas de pivote central es necesario tener en cuenta la importancia de la muestra que se recoge en los pluviómetros, a medida que se acercan al extremo de la máquina no tienen el mismo peso dentro de la muestra en la pluviometría.

La uniformidad de la distribución obtenida a partir de los datos de campo, de los volúmenes almacenados en los pluviómetros, nos sirve para determinar la lámina o altura de agua infiltrada en el área de estudio.

La uniformidad de distribución del cuarto más bajo (UDes definida por (Keller y Bliesner, 1990) de la siguiente forma:

El coeficiente de uniformidad de Heerman y Hein (1968), es una modificación del coeficiente de uniformidad de Christiansen, ya que, por las características de trabajo de la máquina, cada colector representa un área diferente. Por tanto su valor incide en mayor ó menor medida en la calidad de riego de la máquina.

El coeficiente de uniformidad de Variación (CUv) de Bremond y Molle (1995), es un parámetro que incluye el coeficiente de variación dentro del CUh. Por tanto es un indicador más sensible a la distribución de la lámina de riego.

Donde:

CUh – es el coeficiente de uniformidad de Heerman y Hein en %.

CUv – es el coeficiente de uniformidad de variación en %.

n – es el número de colectores usados en el análisis de los datos.

Ci – Valor recogido por cada colector.

Di – Es la distancia en que se encuentra el colector del pivote o el área que este representa dentro del área total de la máquina

i – número asignado para designar un colector en particular, normalmente comienza por el colector más próximo al pivote (i = 1) y terminando con i = n para el colector más alejado del pivote.

Vi o Li- el volumen (o alternativamente la masa o la profundidad) del agua recogida en el colector i.

Si – es la distancia del colector i. al punto de pivote.

Mc – es el volumen promedio medido (masa o profundidad) del agua recogida. Se calcula como:

Otros parámetros son la Altura media recogida (AMR), Área regada adecuadamente (ARA), Área regada excesivamente (ARE) y el Área regada insuficientemente (ARI), utilizados por (Montero et al 1997).

La AMR = V

Definido ese parámetro

0,85 (AMR) = ARA = 1,15(AMR)

1,15 (AMR) < ARE

0,85 (AMR) < ARI

Por tanto ARE+ARA+ARI =100 %

En el cálculo de ARA, ARE y el ARI se partió del criterio que una lectura es representativa de un área en forma de anillo, delimitada por sus dos lecturas vecinas, y que esta área aumenta en la medida que su distancia al pivote es mayor.

Diferentes velocidades de avance de las máquinas de pivote central.

Según Placeres (2011), el proceso de sustitución de las máquinas de accionamiento hidráulico marca Fregat con velocidad 53,7 m.h-1, por las de accionamiento eléctrico, generó la introducción de velocidades de avances que aumentaron con la modernización y las nuevas exigencias surgidas del diseño, esto dio origen a lo que se observa en la Tabla 1. El diseño de los pivotes eléctricos comenzó con una velocidad de 129.6 m.horas-1 que sucesivamente fue en aumento.

Tabla 1. Velocidades por marcas de máquinas de pivote adquiridas en Cuba

Fuente: Cartas Tecnológicas de las máquinas de riego (2005)

Dicho autor plantea que la tendencia al aumento de la velocidad se manifestó desde un inicio de forma moderada, el rango de velocidad osciló entre (2,16-2,40 m.min-1) velocidad aceptable para suelos medios, nuevas exigencias en el diseño generaron un rápido incremento de las velocidades por marcas, en el rango de (3,13-5,04 m.min-1) donde, según TUSA (2009), cuando se emplea la alta velocidad, se recomienda utilizar motores de la mitad más uno de los tramos situados en la parte más extrema de la máquina con motores de alta velocidad, y desde la primera unidad motriz que hace el número igual a la mitad menos uno de los tramos de velocidad estándar, de esta forma están diseñadas las máquinas en ese segundo grupo.

En la Figura 7, se puede mostrar el aumento de estas velocidades, mediante una línea de tendencia.

Figura 7. Tendencia al aumento de las velocidades de avance en la última torre por marcas de máquinas introducidas cronológicamente en el país

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Autor:

MSc. Jeny Pérez Petitón,

MSc. Ezequiel Jimenez

MSc. Geisy Hernández Cuello.

Centro de Mecanización Agropecuaria. Facultad Ciencias Técnicas. Universidad Agraria de la Habana.